Енергетичні стани молекул

Розвиток квантової та статистичної механіки дозволяє провести аналіз багатьох абстрактних термодинамічних понять на молекулярному рівні. Воно дозволяє також обговорити молекулярну основу процесів, пов’язаних з перенесенням енергії в біологічних системах. Всі студенти знають, що електрон, що належить якомусь даному атому, може перебувати тільки на певних дискретних енергетичних рівнях, що можна представити у вигляді схеми, використовуючи кілька видозмінену модель атома, спочатку запропоновану Бором. Якщо атом придбав додаткову порцію енергії, то ми говоримо, що деякий електрон цього атома»активувався», перейшовши на нову орбіту. Звичайно, уявлення про орбітах умовно і використовується тільки з ілюстративної метою. (Якби ми вміли»простежити»за рухом електрона, то знайшли б, що з найбільшою ймовірністю його можна виявити всередині якогось обсягу, який інтерпретується як орбіта цього електрона.) Найважливіше зрозуміти, що енергетичні рівні атомів в цілому також дискретні, і тому, строго кажучи, атоми ні за яких умов не можуть поглинати або випромінювати енергію безперервно. Правильніше вважати, що поглинання або випромінювання енергії відбувається дискретними порціями (квантами).

Всякий, хто хоч одного разу бачив спектр випромінювання металу, про, ращает увагу на те, що атоми випромінюють тільки на певних довжинах хвиль. Істота цього явища, відповідно до квантової теорії, полягає в тому, що довжина хвилі електромагнітного випромінювання і, отже, енергія квантів визначаються зміною енергетичного стану електронів, які можуть стрибкоподібно перейти з даного енергетичного стану лише на деякі інші,»дозволені»для них енергетичні рівні. У зв’язку з цим атоми здатні випромінювати фотони, що володіють тільки певною енергією. На фіг. 46 наведена схема, яку зазвичай використовують для ілюстрації таких процесів.

Однак необхідно розуміти, що енергетичний рівень електрона не є властивістю окремо взятої частинки, а визначається її взаємодією з ядром атома, тобто характеризує властивості, атома як цілого. Електрон у складі атома не є вільною часткою і тому може перебувати тільки на одному з певних дискретних енергетичних рівнів. При взаємодії двох атомів з незбіжними енергетичними рівнями ймовірність перекривання їх електронних орбіт (освіти поділених електронів) дуже мала, і тому хімічна реакція між ними виявляється неможливою. Для перебудови енергетичних рівнів атомів і перекривання орбіт їх електронів до них необхідно підвести додаткову енергію. Сказане вище просто поїному висловлює ту думку, що для самовільного перебігу реакції систему необхідно активувати за допомогою підведення відповідної енергії.

Author: Олександр
Фанат своєї справи і просто крутий чувак.